Surface Modifications of Halloysite Nanotubes with Superparamagnetic Fe3O4 Nanoparticles and Carbonaceous Layers for Efficient Adsorption of Dyes in Water Treatment

Surface modification of halloysite nanotube(HNT) with in situ grown Fe₃O₄ nanoparticles and carbonaceous layers introduced by a hydrothermal carbonization process of glucose has been achieved. Structure and morphology investigations demonstrate that iron oxide nanoparticles are uniformly anchored on the halloysite and prevent the aggregations of halloysite and carbon, forming a protective layer that stabilizes and improves the property of HNT/Fe₃O₄/C nanocomposite. Magnetism characterization proves the superparamagnetic behavior of HNT/Fe₃O₄/C hybrid at room temperature, which makes it easily separated from dye solution under an external magnetic field. Exploration of adsorption ability demonstrates that the maximum adsorption capacity of the as-prepared HNT/Fe₃O₄/C nanocomposite for methylene blue(MB) is about twice and 1.5 times those of HNT/Fe₃O₄ and HNT according to Langmuir equation, respectively. The adsorption behavior investigations indicate that HNT/Fe₃O₄/C hybrid has a heterogeneous structure and shows a non-ideal monolayer adsorption that fits the Redlich-Peterson isotherm, and the adsorption process follows a pseudo-second-order kinetic model. Therefore, the as-prepared HNT/Fe₃O₄/C hybrid is a fast, separatable and superparamagnetic adsorbent with a good adsorption ability, demonstrating great potential in the application of water treatment.     

Mo/Fe3O4(111)表面对燃煤烟气汞吸附的密度泛函研究

利用CASTEP软件包采用密度泛函理论计算研究了过渡金属Mo掺杂Fe_3O_4(111)Fe_(tet)表面对Hg~0、HgCl和HgCl_2的吸附特征,分析了Mo掺杂前后Fe_3O_4(111)Fe_(tet)表面上不同汞物种的吸附形态。结果表明,Mo掺杂Fe_3O_4(111)Fe_(tet)表面对HgCl和HgCl_2为化学吸附,而对Hg~0的吸附为物理吸附;与纯净表面相比,HgCl在Mo原子掺杂表面上的吸附能提高了40%-66%。HgCl_2在纯净Fe_3O_4(111)Fe_(tet)表面形成"M"形结构;而掺杂Mo原子后,由于Cl原子与Mo原子之间更强的相互作用,使得HgCl_2发生了完全解离,两个Cl原子分别与Mo原子和Fe原子成键吸附在表面,Hg脱附。相关研究结果可为脱除燃煤烟气中的汞提供一定的理论指导。     

磁性介孔纳米粒子的制备及对抗癌药紫杉醇的传输

以十六烷基溴化铵(CTAB)为结构导向剂, 正硅酸乙酯(TEOS)为硅源, 在碱性环境下经过自组装过程对单分散性磁性Fe₃O₄纳米粒子进行包覆, 制备出磁性硅基介孔纳米粒子Fe₃O₄@SiO₂. 结合X射线衍射、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 透射电子显微镜(TEM)以及氮气吸附-脱附等技术对Fe₃O₄@SiO₂粒子进行表征. 结果表明Fe₃O₄@SiO₂纳米粒子具有球形形貌, 平均直径约为150 nm, 蠕虫状介孔结构, 比表面积为932 m²/g, 孔径为2.5 nm且分布较均匀, 包覆后Fe₃O₄的结构得以保持, 同时材料具有很好的磁响应能力. 以抗癌药紫杉醇(Paelitaxel, TXL)为模型药物进行负载, 实验结果表明, Fe₃O₄@SiO₂对TXL的负载能力为80 mg/g, TXL-Fe₃O₄@SiO₂对TXL的缓释时间持续120 h以上, 累积释放量达到30 mg/g. 通过噻唑蓝比色(MTT)法测量了TXL-Fe₃O₄@SiO₂粒子对体外培养的HeLa细胞的细胞毒性, 与相同浓度的TXL相比, TXL-Fe₃O₄@SiO₂对HeLa细胞的抑制率明显增高.     

Preparation of Functionalized Fe3O4@SiO2 Magnetic Nanoparticles for Monoclonal Antibody Purification

Magnetic Fe₃O₄@SiO₂ nanoparticles with superparamagnetic properties were prepared via a reverse mi-croemulsion method at room temperature. The as-prepared samples were characterized by transmission electron mi-croscopy(TEM), X-ray diffractometry(XRD), and vibrating sample magnetometry(VSM). The Fe₃O₄@SiO₂ nanoparticles were modified by (3-aminopropyl)triethoxysilane(APTES) and subsequently activated by glutaraldehyde(Glu). Protein A was successfully immobilized covalently onto the Glu activated Fe₃O₄@SiO₂ nanoparticles. The adsorption capacity of the nanoparticles was determined on an ultraviolet spectrophotometer(UV) and approximately up to 203 mg/g of protein A could be uniformly immobilized onto the modified Fe₃O₄@SiO₂ magnetic beads. The core-shell of the Fe₃O₄@SiO₂ magnetic beads decorated with protein A showed a good binding capacity for the chime-ric anti-EGFR monoclonal antibody(anti-EGFR mAb). The purity of the anti-EGFR mAb was analyzed by virtue of HPLC. The protein A immobilized affinity beads provided a purity of about 95.4%.     

纳米Fe2O3和Fe3O4的制备及其催化高氯酸铵热分解性能的研究——一个仪器分析综合实验

介绍一个仪器分析综合实验——纳米Fe_2O_3和Fe_3O_4的制备及其催化高氯酸铵热分解性能的研究。采用水热法合成纳米Fe_3O_4,进而煅烧得到纳米Fe_2O_3。使用X射线粉末衍射(XRD)对制得的样品结构进行表征,通过透射电镜(TEM)可以发现其为球形颗粒,粒径在10–20 nm范围内。将制得的纳米Fe_2O_3和纳米Fe_3O_4按不同比例加入高氯酸铵(AP)中,通过对混合物进行热分析(TG-DSC),发现纳米Fe_2O_3和纳米Fe_3O_4可以明显促进AP的分解,且Fe_2O_3的催化效果优于Fe_3O_4的催化效果,并对催化机理进行了简单讨论。通过该实验,可以让学生学习水热反应的方法,掌握利用XRD、热分析等多种手段对化合物结构及性能进行表征的技能。     

柠檬酸根辅助多元醇法制备直径和磁性可控的Fe_3O_4亚微球

以柠檬酸三钠作辅助剂,用多元醇溶剂热还原法制备了纳米晶粒和微球直径可控的、单分散的超顺磁Fe3O4亚微球.发现与铁原子有强亲和力的柠檬酸根能有效吸附在还原产生的初始Fe3O4纳米粒子表面,阻碍其晶粒生长和影响其静电排斥力的大小,从而能在较大范围内调控最终产物Fe3O4亚微球的直径和饱和磁化强度.改变柠檬酸根或铁盐浓度不但可以调控初始Fe3O4纳米粒子的粒径,而且可以在220-550nm范围内调控单分散Fe3O4亚微球的直径,从而得到粒径均一的超顺磁Fe3O4亚微球.     

Pd/Fe3O4-C催化剂对甲醇、乙醇和丙醇氧化的电催化活性

制备对醇氧化反应具有优异电活性的钯催化剂是醇燃料电池研究的重要内容。本文用硼氢化钠还原法制备了钯纳米颗粒, 然后沉积在Fe3O4/C复合物表面, 得到了不同Fe₃O₄负载量的Pd/Fe₃O₄-C催化剂. 透射电镜（TEM）图显示钯纳米颗粒均匀地分散在Fe₃O₄/C表面. 对制备好的Pd/Fe₃O₄-C催化剂进行了循环伏安法（CV）、计时电流（CA）和电化学阻抗谱（EIS）的测试, 研究了其在碱性介质中对C1-C3醇类（甲醇、乙醇和丙醇）氧化的电催化活性. 结果表明, 所制备的不同Fe₃O₄负载量的Pd/Fe₃O₄(2%)-C,Pd/Fe₃O₄(5%)-C, Pd/Fe₃O₄(10%)-C和Pd/C催化剂中, Pd/Fe₃O₄(5%)-C催化剂表现出最高的醇氧化电流密度. 依据循环伏安（CV）数据,Pd/Fe₃O₄(5%)-C催化剂对甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇氧化的阳极峰电流密度分别是Pd/C催化剂的1.7、1.4、1.7和1.3倍. Pd/Fe₃O₄(5%)-C催化剂对乙醇氧化的电荷传递电阻也远低于Pd/C催化剂. 制备的所有催化剂对C1-C3醇类电氧化的电流密度大小排序如下: 正丙醇﹥乙醇﹥甲醇﹥异丙醇. 此外, 碳粉中Fe₃O₄纳米颗粒的存在提高了钯纳米颗粒的电化学稳定性.     

表面分子印迹磁性纳米粒子的制备及其血红蛋白传感应用

以Fe₃O₄磁性纳米粒子为载体、多巴胺（DA）为功能单体、血红蛋白（Hb）为模板分子,用氯铂酸氧化DA生成聚多巴胺（PDA）,同时氯铂酸还原为铂纳米粒子（PtNPs）,与Hb一起负载于Fe₃O₄纳米粒子表面,洗脱Hb后合成了表面分子印迹磁性纳米粒子（印迹Fe₃O₄/PDA-PtNPs）. 将印迹Fe₃O₄/PDA-PtNPs修饰于磁性玻碳基底表面,制得印迹Fe₃O₄/PDA-PtNPs修饰电极. 实验结果表明,印迹Fe₃O₄/PDA-PtNPs具有良好的水溶性,粒径分布均匀,生成的PtNPs具有良好的导电性和刚性. 用印迹Fe₃O₄/PDA-PtNPs构建的传感器对Hb具有良好的识别性,在0.14 ~ 2.7 μg·mL^-1 Hb浓度范围与交流阻抗变化值呈良好的线性关系,检出限（S/N=3）为0.05 μg·mL^-1.     

Vc-Functionalized Fe3O4 Nanocomposites as Peroxidase-like Mimetics for H2O2 and Glucose Sensing

A simple and efficient colorimetric biosensing for hydrogen peroxide and glucose with peroxidase-like vitamin C(V_c) functionalized Fe₃O₄ magnetic nanoparticles(V_c/Fe₃O₄MNPs) as a catalyst is reported. Compared with Fe₃O₄ MNPs and other catalysts, V_c/Fe₃O₄ MNPs exhibited superior catalytic properties. Kinetic studies indicated that vitamin C incorporated on Fe₃O₄ MNPs improved the affinity toward H₂O₂. As low as 0.29 μmol/L H₂O₂ can be detected with a wide linear range of 0.5—100 μmol/L H₂O₂; moreover, as low as 0.288 μmol/L glucose can be detected with a linear range of 0.5—25 μmol/L glucose. The detection method was highly sensitive in sensing H₂O₂ and glucose. The robustness of V_c/Fe₃O₄ MNPs rendered them suitable for wide ranging applications.     

松果状纳米氧化铁对液晶电光性能的影响

液晶材料被广泛应用于液晶显示器(LCD)中,但是由于液晶中杂质的存在,导致液晶的应用电压变大,增加了能耗。 为了降低应用中的阈值电压和饱和电压,通常向液晶中添加纳米颗粒来提高电光性能。 本文采用简单的化学沉淀法制备了形貌均一,大小尺寸均匀的松果状氧化铁(P-Fe₂O₃)纳米颗粒。 将其掺杂到向列相液晶4-氰基-4'-戊基联苯(4-cyano-4'-pentylbiphenyl,5CB)中,结果表明,掺杂质量分数为0.5%时,电光性能达到最优,阈值电压和饱和电压分别降低24.8%和45.2%,对比度增大46%,响应时间降低至17.6 ms,此性能优于相同条件下掺杂普通Fe₂O₃纳米颗粒的向列相液晶5CB,其阈值电压和饱和电压分别降低15%和16%。 这归因于松果状Fe₂O₃纳米颗粒可以在向列相液晶5CB中均匀分散,其粗糙的表面吸附了液晶中的杂质离子,减少了杂质离子的屏蔽效应,从而提高了电光性能。     

Fe3O4@PI催化剂的制备及其费托合成性能

分别采用水热、水热-包覆、球磨法制备了Fe_3O_4、聚酰亚胺(PI)改性的Fe_3O_4@PI和Fe_3O_4-PI催化剂用于费托合成反应,对比研究了PI改性及其含量变化对Fe基催化剂催化CO加氢产物分布的影响规律。结合XRD、SEM、TEM、H_2-TPR、COTPD、FT-IR、XPS、TG和接触角实验等手段对催化剂样品进行了表征。结果表明,Fe_3O_4、Fe_3O_4@PI和Fe_3O_4-PI样品均为球形颗粒; PI改性促进了Fe_3O_4的还原,亲水性增强。Fe_3O_4@PI样品中,PI均匀包覆于Fe_3O_4表面,具有较好的热稳定性;与Fe_3O_4、Fe_3O_4-PI相比,Fe_3O_4@PI样品CO吸附增强。在CO加氢反应中,与Fe_3O_4相比,PI改性的Fe_3O_4@PI和Fe_3O_4-PI样品催化活性下降,二次加氢能力受到抑制,烯烃选择性提高; Fe_3O_4@PI样品烯烃选择性增加明显,烯烷比(O/P)由改性前的0.50提高至2.15;适宜含量的PI改性促进C5+烃生成。     

石墨烯量子点磁性复合纳米粒子分散固相微萃取-毛细管电泳法测定肉桂酸及其衍生物

通过一步化学共沉淀法制备了石墨烯量子点(graphene quantum dots,GQDs)包覆的Fe3O4磁性纳米复合材料(Fe3O4-GQDs),并将其用于肉桂酸及其衍生物(肉桂酸、3,4-二甲氧基肉桂酸、4-甲氧基肉桂酸、阿魏酸、反-4-羟基肉桂酸)的固相微萃取,并与毛细管电泳联用建立了测定肉桂酸及其衍生物的新方法。实验考察了吸附溶液的pH值、吸附时间、吸附剂用量、脱附时间等因素对萃取效率的影响。实现了肉桂酸及其衍生物的快速高效富集和高灵敏度检测,加标回收率为86.2%~96.2%,相对标准偏差为1.8%~4.3%。结果表明,合成的Fe3O4-GQDs磁性纳米粒子可作为一种良好的吸附材料应用于特定样品的富集。     

理想与还原Fe2O3[001]表面上汞吸附协同催化CO分解作用

煤化学链燃烧必然释放汞,汞与载氧体表面相互作用,影响表界面的氧化还原反应。本文采用密度泛函理论计算,研究汞（Hg⁰）在理想表面（Fe₂O₃[001]）和一系列被还原表面（Fe₂O_2.75、Fe₂O_2.5、Fe₂O_2.25、Fe₂O_1.625、Fe₂O_0.875、Fe₂O_0.375和Fe）的吸附,以及Hg⁰对Fe₂O_1.625、Fe₂O_0.875、Fe₂O_0.375和Fe等表面催化CO分解反应的协同作用机理。Hg⁰物理吸附在理想Fe₂O₃[001]表面。随着Fe₂O₃[001]表面不断被还原,Hg⁰发生化学吸附。Hg⁰吸附降低了CO与Fe₂O₃、Fe₂O_2.75、Fe₂O_2.5和Fe₂O_2.25等表面之间的相互作用,抑制O传递氧化CO为CO₂的反应;载氧体进一步还原过程中,Hg⁰吸附促进了CO与Fe₂O_1.625、Fe₂O_0.875、Fe₂O_0.375及Fe等表面之间的相互作用,进而促进了表面对CO的催化分解反应,加速了载氧体表面的积碳,降低了化学链燃烧效率。因此,合理控制载氧体的还原程度既可以减弱Hg⁰的吸附,也可以抑制积碳的形成,这对化学链燃烧的操作优化至关重要。     

磁性纳米颗粒Fe3O4的醇改性制备机理及应用

利用化学沉淀法, 以乙二醇(EG)、 聚乙二醇(PEG)和甘露醇(D-M)分别为表面改性剂制备了改性的Fe₃O₄颗粒(分别命名为E-Fe₃O₄, P-Fe₃O₄和D-Fe₃O₄). 实验结果显示, 醇类分子能成功地修饰在Fe₃O₄颗粒表面, 但 未改变其形貌、 大小、 晶相和磁性．采用傅里叶变换红外光谱、 离子选择性电极法、 Zeta电位和接触角等 手段研究其改性机理, 发现P-Fe₃O₄和D-Fe₃O₄样品表面醇修饰与水分子介导的氢键有关, E-Fe₃O₄则通过表面羟基直接与乙二醇形成了更稳定的氢键, 即使经热处理(120 ℃)乙二醇分子仍被固定在Fe₃O₄表面. 表面带有疏水基团的E-Fe₃O₄具有适中的亲水性(接触角32.92°)和水中分散性(粒径200~300 nm). 带负电荷的E-Fe₃O₄被应用于水中阳离子染料结晶紫(CV)的吸附和磁性分离, 对CV吸附量为19.33 mg/g, 是未改性前(8.41 mg/g)的2.3倍, 通过外加异丙醇可以促进CV脱附．     

乙基纤维素磁性复合材料对溶液中铜离子的吸附性能

重金属离子对生态环境以及人类健康造成了严重的危害,因此处理水体中的重金属离子迫在眉睫。采用共沉淀法,以乙基纤维素为模版,将四氧化三铁（Fe₃O₄）纳米颗粒与乙基纤维素复合,制备了乙基纤维素磁性复合材料（EC/Fe₃O₄）。探究了吸附添加量、溶液pH值和吸附时间等因素对溶液中Cu（Ⅱ）吸附过程的影响。结果表明,EC/Fe₃O₄表现出良好的吸附速率和吸附性能。吸附4 min,可达到吸附平衡状态。在Cu（Ⅱ）浓度为20 mg/L,pH=7,吸附时间为160 min条件下,EC/Fe₃O₄的单位吸附量q_e为76.98 mg/g,最大去除率为94.68%。在经过8次吸附循环后,单位吸附量为62.21 mg/g。     

硼酸官能化金属-有机骨架磁性纳米复合材料的制备及其在茶叶农药残留检测中的应用

在茶叶的农药残留检测中,茶多酚及色素具有很强的基质效应,严重影响了色谱检测结果。该文将Fe₃O₄磁性纳米粒子与硼酸官能化金属有机骨架(BA-MOF)材料相结合,制备出一种对茶多酚等基质具有高效捕获能力的吸附材料Fe₃O₄@BA-MOF。结合气相色谱-质谱联用技术,建立了一种茶叶样品中农药残留的有效分析方法。通过在金属有机骨架结构中引入硼酸配体,将其作为顺式二醇的识别位点,实现对茶多酚的高效捕获。这种新型材料具有快速磁分离,比表面积高,功能位点丰富等优点。通过傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜以及X射线粉末衍射仪对制备材料进行了表征。同时对吸附剂的固相吸附条件(溶液pH、吸附剂用量、吸附时间)进行了优化,结果显示,50 mg Fe₃O₄@BA-MOF吸附材料可在5 min内去除74.58%茶多酚,溶液pH在7.0时效果最佳。利用硼亲和与茶多酚之间的可逆化学反应,通过调节溶液pH,可使Fe₃O₄@BA-MOF具有循环利用性,经过4次循环使用后仍具有优异的吸附性能。引入Fe₃O₄磁性纳米粒子,使其在样品前处理过程中表现出快速磁响应特性,提高前处理效率。在茶叶农药残留检测的实际应用中,经过Fe₃O₄@BA-MOF前处理后,10种农药的平均加标回收率为75.8%~138.6%, RSD为0.5%~18.7%(n=3)。研究结果表明,所制备的Fe₃O₄@BA-MOF纳米复合材料可以特异性吸附茶多酚基质,在茶叶的农药残留检测中具有净化基质,提高检测效率的功能,适用于茶叶中农药的检测分析。     

L-半胱氨酸改性Fe3O4纳米粒子的水热合成及其应用

以L-半胱氨酸为表面改性剂与粒径调节剂,采用水热法制备具有良好分散稳定性的磁性Fe₃O₄纳米粒子。通过透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、比磁饱和强度测定仪（VSM）等对产物进行表征,研究L-半胱氨酸对磁性Fe₃O₄纳米粒子的形貌、粒径分布、晶型结构、分散稳定性等的影响,理论推导了L-半胱氨酸改性后的Fe₃O₄纳米粒子（L-Fe₃O₄纳米粒子）的生成机制,将该材料作为载体吸附金种后探讨其在催化对硝基苯酚方面的应用。结果表明：沉降22 h时,调节pH值为7.0制备的Fe₃O₄纳米粒子的沉降高度大约是L-Fe₃O₄纳米粒子的6.5倍;吸附金种后的L-Fe₃O₄纳米粒子催化效率大约是未改性Fe₃O₄纳米粒子的5倍。L-半胱氨酸有效的改善了Fe₃O₄纳米粒子与分散介质之间的相容性,保护并改善了纳米粒子的分散稳定性,在污水处理等方面有潜在的应用。     

Fe3O4@Au核-壳纳米复合材料的制备及对农药福美双的SERS检测研究

首先采用热分解法制备了Fe₃O₄纳米材料, 再将其作为磁性核, 分别采用种子沉积法和种子介导生长法制备了Fe₃O₄-Au核-卫星纳米复合材料和Fe₃O₄@Au核-壳纳米复合材料, 并对其形貌和性能进行了表征分析. 结果表明, 所制备的Fe₃O₄-Au核-卫星和Fe₃O₄@Au核-壳纳米复合材料粒径均匀, Au纳米颗粒均匀沉积/包覆在Fe₃O₄纳米材料表面, 且样品均具有良好的磁响应性. 使用4-氨基苯硫酚(4-ATP)作为拉曼探针分子, 对比了这两种纳米复合材料作为SERS基底时的拉曼信号增强效果. 结果显示, Fe₃O₄@Au核-壳纳米复合材料是更优秀的SERS基底, 且该SERS基底具有良好的信号再现性. 最后, 使用Fe₃O₄@Au核-壳纳米复合材料作为SERS基底, 成功地在苹果皮上检测出残留福美双的SERS信号.     

模拟烟气气氛下矿物元素组分对砷的吸附特性研究

利用气相砷吸附反应实验装置,研究了300-900℃条件下CaO、Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃、K₂SO₄及钙铁混合吸附剂在模拟烟气气氛下的As₂O₃（g）吸附特性。结果表明,在五种单元素吸附剂中,CaO的吸附能力最强,K₂SO₄最弱;随着温度升高,CaO的吸附量先增加,在700℃时略微下降后又增加,Fe₂O₃的吸附量先增加后减少,MgO、Al₂O₃、K₂SO₄的吸附量一直增加;三种比例的钙铁混合吸附剂的吸附效果的实验值相比计算值至少提高了92%,Ca：Fe比为3：1时,吸附效果最好,达到7.91 mg/g。混合后烧结反应导致表面结构改变是吸附效果提升的重要原因。     

A highly selective magnetic sensor with functionalized Fe/Fe3O4 nanoparticles for detection of Pb2+

A magnetic sensor for detection of Pb~(2+) has been developed based on Fe/Fe_3O_4 nanoparticles modified by3-(3,4-dihydroxyphenyl)propionic acid(DHCA). The carboxyl groups of DHCA have a strong affinity to coordination behavior of Pb~(2+) thus inducing the transformation of Fe/Fe_3O_4 nanoparticles from a dispersed to an aggregated state with a corresponding decrease, then increase in transverse relaxation time(T_2) of the surrounding water protons. Upon addition of the different concentrations of Pb~(2+) to an aq. solution of DHCA functionalized Fe/Fe_3O_4 nanoparticles(DHCA-Fe/Fe_3O_4 NPs)([Fe] = 90 mmol/L), the change of T_2 values display a good linear relationship with the concentration of Pb~(2+) from 40 μmol/L to 100 μmol/L and from 130 μmol/L to 200 μmol/L, respectively. Owing to the especially strong interaction between DHCA and Pb~(2+), DHCA-Fe/Fe_3O_4 NPs exhibited a high selectivity over other metal ions.